microbik.ru
1 2





НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Оценка качества окружающей среды города Котельники методом биоиндикации почвы по растениям»


Автор: Боярчук Александра Дмитриевна
Научный руководитель: Романова Оксана Владимировна
Место выполнения работы: Московская область,

г.о. Котельники, МОУ КСОШ №3
Котельники, 2011

ВВЕДЕНИЕ
Проблема сохранения окружающей среды в настоящее время концентрирует на себе внимание исследователей всего мира. В связи с усилением антропогенной нагрузки, испытываемой природными комплексами, становится необходимой разработка и апробация методик, позволяющих оценивать экологическое состояние природно-антропогенных сред. Поэтому проблема развития различных мониторинговых подходов в системе экологического контроля и управлении качеством окружающей среды сегодня наиболее актуальна.

Опыт предшествующих научно-исследовательских работ показал, что даже на уровне школьного мониторинга и разрабатываемых рекомендаций, можно достичь положительных результатов в решении некоторых проблем города, связанных с экологией.

К сожалению, не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать методы биоиндикации, биомониторинга, получивших в последнее время широкое признание и распространённость. Важным представляется не только оценка биоразнообразия и устойчивости природных биоценозов, но и привлечение внимания муниципальных органов власти к данной проблеме, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки в нашем регионе.

Мониторинг состояния почвенного покрова г. Котельники проводится в течение трех лет. На первых этапах наших исследований был определен химический состав загрязнителей, сделан химико-аналитический анализ почвы, затем методом биоиндикации по состоянию моллюсков мы определили критическое состояние почвы в г. Котельники.

Эти исследования и полученные результаты подтолкнули нас к дальнейшей работе по биоиндикации почвы города Котельники по состоянию травяного покрова, т.к. ранее в нашем городе аналогичные исследования не проводились.

В центре внимания нашего исследования – оценка качества почвы города Котельники с помощью биоиндикаторов и обеспечение объективной оценки экологических условий среды обитания биологических объектов в городе.

Целью работы стала оценка качества окружающей среды г. Котельники с помощью метода биоиндикации почвы с помощью животных, обитающих в почве, по состоянию трав, оценка экологического состояния почвы для социализации этой проблемы в рамках создания рекреационных зон в мкр. Белая Дача города Котельники.

Практическая значимость: при целенаправленном объединении усилий экологов и городской администрации раз­витие экологического мониторинга на основе биоиндикации в перспективе позволит создать взаимосвязанную и координируемую систему оперативного, тактического и стратегического планирования оптимизационных мер, а также выработать рациональную экологическую политику для улучшения городской среды по всем ее компонентам.

Новизна: впервые применен метод биоиндикации в оценке экологического состояния почвы мкр. Белая Дача и выявление основных причин и источников негативного воздействия на компоненты природного комплекса. Поэтому данные, которые были получены по окончании исследовательской работы, являются новыми и нигде ранее не зафиксированными.

Исследования, проведенные учащимися, является звеном в экологической работе города и имеют практическую направленность

В этой связи оценка экологического состояния, проведенная методами биоиндикации, представляется вполне современной и необходимой для построения эффективной системы биомониторинга.

Задачи:

  1. Определить объекты, виды и условия биоиндикации.

  2. Определить видовое разнообразие животных, обитающих в верхних слоях почвы.

  3. Найти микро ареалы растений-биоиндикаторов в г. Котельники.

  4. Определить взаимосвязь между распространенностью животными, обитающими в верхних слоях почвы, растениями-индикаторами и загрязнением почвы.

  5. Освоить методику экологического анализа на основе биоиндикации.

  6. Сделать выводы об экологическом состоянии мкр. Белая Дача города Котельники.

  7. Выработать план создания рекреационной зоны в мкр. Белая Дача.

  8. Составить атлас растений-индикаторов, встречающихся в г. Котельники.

Инструментарии:

    1. КБ-Ш (комплект биологический школьный)

    2. «Биотокс-10М»


1. Биоиндикация с помощью животных, обитающих в почве
Животные, обитающие в верхнем слое почвы, благодаря тесной связи с ней и наличию ответной реакции на изменения среды обитания, представляют перспективный объект, позволяющий на разных стадиях антропогенной трансформации обнаружить отклонения в функционировании почвенного блока и природного комплекса в целом.

Одним из направлений экологического мониторинга является контроль за уровнем загрязнения биотической компоненты биосферы, т.е. за накоплением загрязнителей, проникающих через покровы тела и пищеварительный тракт беспозвоночных в зонах промышленных аномалий. Являясь сорбентами природных и синтезируемых или привнесенных человеком токсических соединений, организмы, обитающие в почве, выполняют активную роль в трансформации и перераспределении поступающих в почву веществ. Определение взаимосвязей между содержанием загрязняющих веществ в почвах, растениях и тканях животных может использоваться для оперативного и прогнозного биотестирования.

Среди почвенных беспозвоночных по реакции на прямое либо опосредованное воздействие техногенного фактора выделены три группы:

1 - чувствительные, положительно реагирующие на умеренные дозы техногенного вещества (люмбрициды, немикроскопические энхитреиды, моллюски и диплоподы);

2 - чувствительные, испытывающие негативное влияние (литобиоморфные многоножки и герпетобионтные насекомые);

3 - индифферентные, не имеющие индикационного значения для данного типа загрязнения (большинство насекомых, развитие которых протекает в почве).

Изменения биоты наземных экосистем могут прослеживаться на двух уровнях – видовом или ценотическом, когда происходит сокращение биологического разнообразия за счет выпадения отдельных таксонов, и ландшафтном, когда под воздействием антропогенных факторов наблюдается нивелирование различий между отдельными биогеоценозами или полная деградация некоторых из них. Вероятность проявления нежелательных последствий увеличивается адекватно росту степени воздействия, преломляясь через экологические параметры среды.

1.1 Методика исследований почвенных организмов
Цель: Определить наличие почвенных организмов в пробах, взятых в различных местах мкр. Белая Дача города Котельники.

Оборудование: лампа 100 Вт, блюдце с водой, воронка, сетка, почва, полевой набор по экологии.

Примечание: проба по­чвы взята поздней весной.

Принцип определения степени загрязнения почвы:

Методика основывается на различной способности почвенных беспозвоночных животных жить в загрязненной почве, где они находят необходимые для жизни кислород и питательные вещества минерального и органического происхождения. По мере загрязнения почвы нефтепродуктами, тяжелыми металлами и другими веществами снижается показатель устойчивости к загрязнениям беспозвоночных животных Gж, который определяется по формуле: Gжi= Wжi * SПi

где Wжi – видовой коэффициент i-ой группы беспозвоночных почвенных животных;

SПi = 5* ni – плотность популяции i-ой группы беспозвоночных почвенных животных;

5- коэффициент, равный отношению размера площадки биоиндикации к суммарной площади прикопов почвы на ней;

ni – количество беспозвоночных почвенных животных i-ой группы.

Для определения коэффициента Wжi беспозвоночных почвенных животных их внешние признаки сравнивают с внешними признаками, приведенными в «Атласе почвенных беспозвоночных животных». Группы почвенных беспозвоночных животных характеризируются значениями видовых коэффициентов, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.

Видовые коэффициенты Wжi групп беспозвоночных почвенных животных

Группа животных

Wжi

Мокрица

1,0

Моллюски

1,0

Слизни

0,8

Черви дождевые

0,8

Паукообразные

0,6

Многоножки

0,4


При биоиндикации учитывают наиболее чувствительных к загрязнению почвы группы почвенных беспозвоночных животных. Например, если в прикопе почвы найдены мокрицы, видовой коэффициент, который наибольший, то остальных беспозвоночных животных не учитывают.

Обработка данных биоиндикации:

  1. Вычисляют значение плотности популяции почвенных беспозвоночных животных с наибольшим видовым коэффициентом на каждом прикопе по формуле: SПi = 5* ni

  2. Вычисляют значение показателя устойчивости почвенных беспозвоночных животных с наибольшим видовым коэффициентом каждой прикопки: Gжi= Wжi * SПi

  3. Вычисляют среднее значение показателя устойчивости почвенных беспозвоночных животных на загрязненном участке территории Gж по формуле: Gж = (Gж1 + Gж2 + …+ Gж5)/5

  4. Экологическое состояние почвы оценивается по критериям, приведенным в таблице 2.

Таблица 2.

Критерии оценки экологического состояния почвы




Параметры экологического состояния почвы

Благоприятное

Напряженное

Критическое

Кризисное

Катастрофическое

Снижение жизненности животных


менее 11


12 - 25


26 - 50


51 - 80


более 80




1.2. Результаты исследований

Для проведения исследования в течение года нами были взяты следующие зоны в мкр. Белая Дача: пришкольная территория школы, лесопарк (ближайшая зона к школе, в непосредственной близости от МКАД), парковая зона мкр. Белая Дача (музей «Белая Дача»).

Мы рассчитали показатель относительной чистоты атмосферы по формуле, данной в методике. Он составил 0,3 балла, что говорит о слабом и среднем загрязнении, соответственно в парковой зоне мкр. Белая Дача и зоне МОУ КСОШ №3.

Изучив почвы мкр. Белая Дача, приходим к выводу, что состояние почв в г. Котельники является критическим.

На основании результатов проведенного исследования по изучению почвенных обитателей, можно сде­лать вывод о наличии в почве на территории МОУ КСОШ №3 большего количества беспозвоночных, таких как многоножки и диплоподы, дождевые черви. Максимальное количество насекомых наблюдали именно в этих почвенных пробах. Экологически благополучен по наличию и жизнедеятельности почвенных организмов городской парк.



Данные биоиндикации загрязнения почвы

05 мая 2009 года










G=(59+19+14)3= 30,6

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G=50%

Экологическое состояние - критическое

06 мая 2009года










G=(49+24+18)3= 30,0

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈50%

Экологическое состояние - критическое

12 мая 2009года










G=(8+16+20)= 14,7

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈12%

Экологическое состояние - напряженное

13 мая 2009 года










G=(72+21+10)= 34,3

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈48%

Экологическое состояние - критическое

20 сентября 2009 года










G=(56+22+20)3= 32,7

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G=46,8%

Экологическое состояние - критическое

21 сентября 2009 года










G=(39+26+18)3= 27,6

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈41,3%

Экологическое состояние - критическое

5 октября 2009 года










G=(18+20+24)= 20,6

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈15%

Экологическое состояние - напряженное

06 октября 2009 года










G=(54+28+22)= 34,7

Снижение показателя жизненности почвенных животных ∆G≈48,2%

Экологическое состояние - критическое


Сводная таблица показателей экологического состояния почвы

г. Котельники.


Даты мониторинга

Средний показатель

Снижение жизненности животных

05.05.2009

30,6

50,0

06.05.2009

30,0

50,0

12.05.2009

14,7

12,0

13.05.2009

34,3

48,0

20.09.2009

32,7

46,8

21.09.2009

27,6

41,3

05.10.2009

20,6

15,0

06.10.2009

34,7

48,2


2. Методика «Биоиндикация почвы по состоянию трав»

2.1 Методика исследования
1. Заложили по 5 площадок на опытном и контрольном участках:

  • №1 Контрольный участок – лесная зона мкр. Белая Дача;

  • №2 Дзержинское шоссе, рядом со школой №2 (мкр. Ковровый);

  • №3 Покровский проезд 1;

  • №4 Покровский проезд 2;

  • №5 мкр. Белая Дача, дома 13 и 15.

2. Описали травостой, начиная с правого угла площадки, не сходя с места, при этом:

    • Переписали все растения, которые находятся в поле зрения;

    • Опустившись на колени, дополнили список теми видами, которые становятся заметными лишь при более внимательном анализе травостоя;

    • Медленно шли вдоль одной стороны площадки и, останавливаясь время от времени, отмечали вновь показывающиеся растения;

    • Дойдя до второго угла, задержались, а затем продолжили обход по остальным сторонам площадки до начального пункта;

    • Записали все виды растений, встречающихся на площадке;

    • Неизвестные виды определили по атласу трав;

    • Определили условный класс загрязненности.

3. Определили условный класс загрязнения почвы площадки, сопоставляя обнаруженные на ней растения с имеющимися в таблице 1.

Таблица 1.

Шкала загрязненности почвы по состоянию травы (в баллах)


Условный класс загрязнения, балл

Виды растений с жизненностью

удовлетворительной (угнетенной)*

неудовлетворительной (сильно угнетенной)**

1

2

3

1 (незначительное загрязнение)

Полынок

Вика тонколистая, вязель, клевер, крестовник, люцерна серповидная, лядвенец, молочай, солодка, синеголовник, шалфей луговой

2 (сильное загрязнение)

Астра солончаковая, метлица, прибрежницы, ситник, триостенник

Герань луговая, донник, люцерна хмелевидная, череда

3 (очень сильное загрязнение)

Астра, мятлик луковичный, полынь австрийская, солянки, триостенник

Лебеда, овсяница солончаковая, одуванчик, подорожник, спорыш


* жизненность удовлетворительная выражается в меньших размерах взрослых особей, семенное размножение при этом невозможно

** жизненность неудовлетворительная выражается в резком отклонении морфологического облика взрослых особей, семенное размножение отсутствует.

4. Аналогичным образом определили условный класс загрязнения почвы на остальных опытных и контрольных площадках.

5. Рассчитали среднее значение условного класса загрязненности почвы для опытных (КП ср)0 и контрольных (КП ср)к площадок по формуле:

КП ср = ∑КПi / 5

КПi – условный класс загрязненности почвы i-ой площадки

6. Рассчитали степень загрязненности почвы опытного участка (JП) относительно контрольного участка по формуле:

JП = (КП ср)0 / (КП ср)к

7. Полученные значения сравнили с критериями, приведенными в таблице 2.

Таблица 2.

Критерии экологической оценки состояния почвы

Жизненность трав

Параметры экологического состояния

удовлетвори-тельное

кризисное

Катастрофи-ческое

1

2

3

4

Кратность превышения контрольного значения


до 1,1


1,4 – 2,0


более 2,0


2.2 Результаты исследований
1 Контрольный участок – лесная зона мкр. Белая Дача

На контрольной площадке травостоя обнаружены следующие виды растений:



Всего на площадке обнаружено:

  • с угнетенной жизненностью – 3

  • с сильно угнетенной жизненностью – 1

Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует незначительному загрязнению (балл равен 1)

2 Дзержинское шоссе, рядом с МОУ КСОШ №2 (мкр. Ковровый)

На опытной площадке травостоя обнаружены следующие виды растений:

Всего на площадке обнаружено:

  • с угнетенной жизненностью – 0

  • с сильно угнетенной жизненностью – 4

Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует очень сильному загрязнению.

3 Покровский проезд 1 (рядом с МОУ КСОШ №3)

На опытной площадке травостоя обнаружены следующие виды растений:

Всего на площадке обнаружено:

  • с угнетенной жизненностью – 2

  • с сильно угнетенной жизненностью – 1

Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует сильному загрязнению.

4 Покровский проезд 2

На опытной площадке травостоя обнаружены следующие виды растений:

Всего на площадке обнаружено:

  • с угнетенной жизненностью – 1

  • с сильно угнетенной жизненностью – 0

Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует незначительному загрязнению.

5 мкр. Белая Дача, дома 13 и 15

На опытной площадке травостоя обнаружены следующие виды растений:

Всего на площадке обнаружено:

  • с угнетенной жизненностью – 1

  • с сильно угнетенной жизненностью – 2

Загрязненность почвы по угнетенным и сильно угнетенным видам растений соответствует сильному загрязнению.

Рассчитали среднее значение условного класса загрязненности почвы для опытного участка:

П ср)0 = ∑КПi / 5 = (2*5 + 3*5 + 1*1) / 5 = 5,2

Рассчитали среднее значение для площадок контрольного участка:

П ср)к = ∑КПi / 5 = (2*1 + 3*1) / 5 = 1,0

Рассчитали степень загрязненности почвы опытного участка относительно контрольного участка:

JП = (КП ср)0 / (КП ср)к = 5,2 / 1,0 = 5,2

Оценили экологическую обстановку г. Котельники по степени загрязненности почвы, для чего сопоставили полученное значение JП с критериями, приведенными в таблице 2. Экологическая обстановка территории по состоянию трав соответствует катастрофической.

Мониторинг почвы в 2009 году по состоянию моллюсков, дал аналогичные результаты.

Затем мы решили подтвердить полученные результаты на приборе на приборе «БИОТОКС-10М». На опытном и контрольных участках, провели исследование снега на токсичность:

Наименование участка

Свечение №1

Свечение №2

Ср. знач.

Ток-ть №1

Ток-ть №2

Ср. знач.

1

2

3




4

5




№1

Контрольный участок – лесная зона мкр. Белая Дача

7447

7283

7365

нет

0%



-

№2

Дзержинское шоссе, рядом со школой №2

5481

4326

4903

51%

60,88%

55,94%

№3

Покровский

проезд 1

6319

4192

5255

нет

0%


-

№4

Покровский

проезд 2

10943

7023

8983

0,06%

36,5%

18,28%

№5

мкр. Белая Дача, дома 13 и 15

11602

7256

9429

-4,9%

34,4%

29,5%

Контроль

11060

















Исследования показали, что данные, полученные на «БИОТОКС-10М» подтвердили нашу гипотезу о распространении растений-индикаторов на территории г. Котельники.

По данным количественного химического анализа (анализ проводился в экоаналитической лаборатории ООО «ЭКОРОС») экологического отдела администрации города Котельники наши данные подтвердились, а именно:


Наименование участка

Результаты химического анализа

1

2

№1 Контрольный участок – лесная зона мкр. Белая Дача

Показатели в норме

№2 Дзержинское шоссе, рядом со школой №2

Показатель цинка превышает ориентировачно-допустимую концентрацию вещества в почве практически в 2 раза

№3 Покровский проезд 1

Показатели в норме

№4 Покровский проезд 2

Показатели цинка и свинца превышают ориентировачно-допустимую концентрацию вещества в почве 2 и 9 раз соответственно

№5 мкр. Белая Дача, дома 13 и 15

Показатели цинка и меди превышают ориентировачно-допустимую концентрацию вещества в почве практически в 15,-2 раза


Проанализировав видовой состав растительности города Котельники и сравнив его с видовым составом Томилинского лесопарка, с районом Луховиц, где мы знакомились с растениями в экологическом лагере, мы сделали вывод о крайне бедном биоразнообразии травянистых растений нашего города, что свидетельствует о экологическом неблагополучии.

Травяной покров в жилом массиве находится в неудовлетворительном состоянии из-за затенения, вытаптывания и отсутствия ухода. Необустроенные тропинки стимулируют вытаптывание газонов.

Отсутствуют растения, которые могут произрастать в данной местности. Это мы выявили, проведя маршрутное обследование территории города и сравнив видовое разнообразие с близкорасположенным Томилинским лесопарком (по книге). В жилом массиве преобладают однообразные растения, растения-сорняки. Биоразнообразие повышает только лесопарк, поэтому крайне необходимо ответственное и бережное отношение к нашему лесу.

Творчески переосмыслив методику биоиндикации почвы по состоянию трав, мы в соответствии с гипотезой исследования решили выделить участки на которых хорошо растут растения-индикаторы и проанализировать состояние почвы в городе путём маршрутного обследования территории. Получили следующие результаты:

  1. Дзержинское шоссе – сильное загрязнение, почва местами оголённая от растительности, виды-индикаторы сильно угнетены, или совсем не встречаются. Обнаружили клевер, пробившийся сквозь асфальт с изменённым морфологическим обликом.

  2. Покровский проезд характеризуется неравномерностью загрязнения. Участки загрязнённой почвы (по травам) чередуются с участками, на которых хорошо растут разные виды клевера, спорыш. Состояние спорыша подтверждает нашу гипотезу о негативном влиянии на почву автомобильного транспорта. По мере приближения к Дзержинскому шоссе растения становятся всё более низкорослыми. Мы думаем, что чередование загрязнённых и относительно благополучных участков связано с небольшим временем активной эксплуатации данной территории автомобильным транспортом и предполагаем, что состояние растительности будет ухудшаться.

  3. Относительно благополучные участки в жилом массиве (территория школы, поликлиники, парка у пруда, лесопарка) мозаично чередуются с неблагополучными. Мы наблюдали автомобильный транспорт во дворах, на пешеходных дорожках и предполагаем, что именно автомобили активно загрязняют почву нашего города.

  4. На территории, примыкающей к «холодильнику» почти не встречаются виды-индикаторы, тысячелистник не белой, а розовой формы, много сорных трав.

Обследование территории проводилось весной, летом и осенью 2009 года. Зимой мы собрали снег на изучаемых площадках и сравнили степень свечения на приборе «Биотокс-10М» с контрольной (дистиллированная вода). Отклонения свечения от контроля в ту и другую сторону говорят о загрязнениях снега, которые затем неизбежно попадут в почву. По увеличению степени свечения можно предположить загрязнение органическими веществами, которые биолюминисцентные бактерии воспринимают как питание.

Получены результаты:





следующая страница >>